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Control of squealer-tip leakage flow with perforated-rib coolant injection in an axial turbine cascade
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作者 Shengchang ZHANG Qinqin WANG +1 位作者 Xiaoming TAN Jingzhou ZHANG 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第8期54-73,共20页
A novel perforated-rib configuration is proposed for controlling the tip leakage flow at the rotor tip of an axial turbine.Three perforated-rib layouts are considered,wherein a perforated rib is installed at(A)the Suc... A novel perforated-rib configuration is proposed for controlling the tip leakage flow at the rotor tip of an axial turbine.Three perforated-rib layouts are considered,wherein a perforated rib is installed at(A)the Suction-Side squealer(SS-rib),(B)the Pressure-Side squealer(PS-rib),and(C)the additional squealer along the blade Camber Line(CL-rib).A numerical method is used to show how the novel rib layouts affect the aerodynamic performance of the tip leakage flow.Results show that the coolant jets issuing from the perforated-rib injection holes penetrate deeper into the tip clearance than those in the baseline squealer-tip case,and how the perforated-rib coolant injection affects the tip leakage flow depends strongly on the rib layout.The PS-rib and CL-rib layouts appear promising for controlling the tip leakage flow,playing a significant role in reducing the total pressure loss and improving the turbine blade’s isentropic efficiency.In particular,under an injection mass flow ratio of 1%and a tip clearance of 1%blade span,the PS-rib layout reduces the leakage mass flow rate by 27%and increases the isentropic efficiency by 1.25%compared with those in the baseline squealer-tip case.Meanwhile,the advantages of the PS-rib layout in tip leakage control are confirmed under small and large tip clearances. 展开更多
关键词 AERODYNAMICS Perforatedrib squealer tip Tip injection Tipleakageflow
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Research on turbine blade squealer tip film holes arrangement andmoving shroud
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作者 Hao Luo Xiaoqing Qiang Bo Zhang 《Aerospace Systems》 2022年第3期491-501,共11页
In this paper, the performance of the turbine blade squealer tip with film cooling has been studied detailed to highlight theimpact of the relative motion between the blade tip and the shroud. A high-pressure turbine ... In this paper, the performance of the turbine blade squealer tip with film cooling has been studied detailed to highlight theimpact of the relative motion between the blade tip and the shroud. A high-pressure turbine has been employed to performthe numerical simulation. Boundary conditions are consistent with the operating conditions of the plane cascade experimentin a transonic wind tunnel. The validation of the turbulent model and mesh independence test has been conducted based onthe experimental results. The distribution of blade tip heat transfer coefficient (HTC) and film cooling effectiveness has beenused to evaluate the blade tip performance. Two different relative speeds and three different film holes arrangements havebeen adopted and studied to understand its influence. Results show that with relative motion and film cooling, the blade tipoverall aerothermal characteristics remains unchanged. But the local HTC on several regions has significantly changed dueto the complex interaction among the leakage flow, coolant, and relative motion. And the relative motion has a significantimpact on the coolant, which redirects the coolant towards the pressure side of the blade and changes the coolant coverageinside the cavity. 展开更多
关键词 Gas turbine squealer tip Leakage flow Relative motion Film cooling
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Effects of Squealer Geometry of Turbine Blade Tip on the Tip-Leakage Flow and Loss 被引量:7
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作者 ZENG Fei ZHANG Weihao +2 位作者 WANG Yufan CAO Xia ZOU Zhengping 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2021年第4期1376-1387,共12页
The effective control of the tip-leakage flow and loss is of great significance to improve the aerodynamic performance of the turbine.In this paper,the evolution mechanism of tip-leakage flow in a transonic high press... The effective control of the tip-leakage flow and loss is of great significance to improve the aerodynamic performance of the turbine.In this paper,the evolution mechanism of tip-leakage flow in a transonic high pressure turbine with a squealer tip is investigated with numerical simulation methods.The impacts of squealer geometric,such as the inclined pressure side rim and squealer rim width,on the vortex structure in the gap and tip-leakage loss are discussed.The results show that the scraping vortex inside the cavity plays the role of aero-labyrinth seal,and forms interlocking sealing labyrinth structure with the rims on both sides,which has an effective sealing effect on the tip-leakage flow.The inclined pressure side squealer rim inhibits the development of the pressure side squealer corner vortex,which is beneficial to expand the influence range of the scraping vortex and enhance the sealing effect on the tip-leakage flow.The increase of the suction side squealer rim width reduces the effective flow area at the gap exit,which is conducive to reduction of the tip-leakage flow rate and tip-leakage loss.However,the increase of the pressure side squealer rim width strengthens the pressure side squealer corner vortex and limits the development space of the scraping vortex,causing the adverse effects on the control of tip-leakage flow. 展开更多
关键词 TURBINE squealer tip tip-leakage flow squealer width tip-leakage loss
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Numerical Investigations on the Steady and Unsteady Leakage Flow and Heat Transfer Characteristics of Rotor Blade Squealer Tip 被引量:10
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作者 Jun LI Hao SUN Jinshan WANG Zhenping FENG 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第4期304-311,共8页
The steady and unsteady leakage flow and heat transfer characteristics of the rotor blade squealer tip were conducted by solving Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with k-co turbulence model. The first... The steady and unsteady leakage flow and heat transfer characteristics of the rotor blade squealer tip were conducted by solving Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations with k-co turbulence model. The first stage of GE-E3 engine with squealer tip in the rotor was adopted to perform this work. The tip clearance was set to be 1% of the rotor blade height and the groove depth was specified as 2% of the span. The results showed that there were two vortexes in the tip gap which determined the local heat transfer characteristics. In the steady flow field, the high heat transfer coefficient existed at several positions. In the unsteady case, the flow field in the squealer tip was mainly influenced by the upstream wake and the interaction of the blades potential fields. These unsteady effects induced the periodic variation of the leakage flow and the vortexes, which resulted in the fluctuation of the heat transfer coefficient. The largest fluctuation of the heat transfer coefficient on the surface of the groove bottom exceeded 16% of the averaged value on the surface of the squealer tip. 展开更多
关键词 Gas Turbine Blade squealer Tip Leakage Flow Heat Transfer Numerical Simulation
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Effects of Suction Side Squealer Tip on the Performance of a Low-Speed Axial Compressor 被引量:6
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作者 Jun Zhang Hongwei Ma Jingyang Li 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第3期223-229,共7页
This paper presents the investigation of the effects of suction side squealer tip on the performance of an axial compressor. The experiment is carded out in a single-stage large-scale low-speed compressor. The investi... This paper presents the investigation of the effects of suction side squealer tip on the performance of an axial compressor. The experiment is carded out in a single-stage large-scale low-speed compressor. The investigated tip geometries include fiat tip as the baseline and suction side squealer tip. The tip clearance of the baseline is 0.5% of the blade span. The static pressure rise characteristic curves of both the rotor and the stage are measured. The flow field at the exit of the rotor is measured by a 5-hole probe under design and off-design conditions. The static pressure on the endwall of the rotor passage is also obtained. The results show that the pressure rise characteristic curves obtained by measuring the pressure on the end wall are almost unchanged by using the suction side squealer tip. The measuring results of the 5-hole probe show the static pressure and the total pressure in tip region is slightly greater than that of the flat tip at the design condition at the exit of the rotor. It also leads to greater averaged static pressure rise and total pressure. At the near stall condition, the averaged static pressure and total pressure is lower than the baseline which is related to the redistribution of the blade load caused by the suction side squealer tip. 展开更多
关键词 COMPRESSOR squealer tip 5-hole probe off-design condition tip leakage flow.
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Experimental Investigation of Effects of Suction-Side Squealer Tip Geometry on the Flow Field in a Large-scale Axial Compressor using SPIV 被引量:5
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作者 MA Hongwei WEI Wei +1 位作者 WANG Lixiang TIAN Yangtao 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第4期303-312,共10页
It is well known that the non-uniform tip geometry is a promising passive flow control technique in turbomachinery.However,detailed investigation of its effects on the unsteady flow field of turbomachinery is rare in ... It is well known that the non-uniform tip geometry is a promising passive flow control technique in turbomachinery.However,detailed investigation of its effects on the unsteady flow field of turbomachinery is rare in the existiug hteratures.This paper presents an experimental investigation of effects of suction side squealer tip configuration on both the steady and unsteady flow field of an isolated compressor rotor.The flow field at 10%chord downstream from the trailing edge was measured using a mini five-hole probe.Meanwhile,the unsteady flow field inside the passage was investigated using stereo particle image velocimetry(SPIV).The steady results show that the SSQ tip configuration exerts positive effect on the static pressure rise performance of this compressor,and the radial equilibrium at the rotor outlet is obviously rearranged.The SSQ tip configuration would create a stronger tip leakage vortex at the formation phase,and it experiences a faster dissipation process around the rear chord.Also,the splitting process of the tip leakage vortex is severer,which is the main cause of the relatively higher probability of the presence of the streamwise reverse flow.The quantitatively analysis of the tip leakage vortex indicates that the velocity loss inside the blockage region is direct response of the evolutionary procedure of the tip leakage vortex.It keeps increasing until the end of the splitting process.Although the blockage coefficient grows sustainably,the velocity loss will reduce once the turbulent mixing procedure is dominant. 展开更多
关键词 tip leakage vortex suction side squealer axial compressor SPIV instantaneous flow field
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Effect of Squealer Tip with Deep Scale Depth on the Aero-thermodynamic Characteristics of Tip Leakage Flow 被引量:1
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作者 BI Shuai WANG Longfei +2 位作者 WANG Feilong WANG Lei LI Ziqiang 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第5期1773-1789,共17页
In this paper,the aero-thermal performance of squealer tips with deep-scale depth is numerically investigated in an axial flow turbine,which is compared with the squealer tip with traditional cavity depth.Numerical me... In this paper,the aero-thermal performance of squealer tips with deep-scale depth is numerically investigated in an axial flow turbine,which is compared with the squealer tip with traditional cavity depth.Numerical methods were validated with experimental data.The effect of cavity depth and tip clearance was considered.The numerical results show that for the squealer tip with conventional cavity depth,the size of the reflux vortex enlarges as the cavity depth increases.The velocity and uniformity of high entropy production rate(EPR)inside the cavity reduce obviously with the cavity developing into deep-scale.However,the increase of depth 10%of the blade span(H)leads to enlargement of cavity volume,which increases the total entropy production rate.And the overall dimensionless entropy production rate(DEPR)of gap and cavity obtains a maximum increase of 43.54%in contrast to the case with 1%H depth cavity.As a result,the relative leakage mass flow rate reduces by 20.6%as the cavity depth increases from 1%to 10%.Given the heat transfer,as the cavity significantly increases to 10%H,the enhanced cavity volume results in a more enormous cavity vortex with low velocity covering the floor,which weakens the convective heat transfer intensity and reduces the area of high heat transfer.The normalized average heat transfer coefficient at the cavity bottom reduces by 40.26%compared to the cavity depth of 1%H.In addition,the deep-scale cavity is more effective in inhibiting leakage flow at smaller tip clearance.The reduction amplitude of normalized average heat transfer coefficient at the squealer floor decreases as tip clearance increases,which reduces at most by about 72.6%for the tip clearance of 1%H. 展开更多
关键词 squealer tip turbine aerothermodynamics tip leakage flow deep-scale depth heat transfer numerical methods
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带挡板结构的平面叶栅凹槽叶顶气膜冷却特性 被引量:2
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作者 刘昱栋 刘钊 +2 位作者 陶永 石龑 丰镇平 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第5期130-142,共13页
为提高燃气透平动叶凹槽叶顶的气膜冷却有效度并且降低叶栅气动损失,基于平面叶栅试验台,采用压敏漆(PSP)测量技术结合数值模拟,对带挡板结构的凹槽叶顶冷却性能及叶栅气动特性进行了试验研究。分析了不同吹风比(分别为0.4、1.2、2.0)... 为提高燃气透平动叶凹槽叶顶的气膜冷却有效度并且降低叶栅气动损失,基于平面叶栅试验台,采用压敏漆(PSP)测量技术结合数值模拟,对带挡板结构的凹槽叶顶冷却性能及叶栅气动特性进行了试验研究。分析了不同吹风比(分别为0.4、1.2、2.0)和不同挡板结构参数(挡板宽度、挡板角度和挡板高度)对叶顶气膜冷却的影响;湍流模型验证后,采用精度最高的SST k-ω湍流模型对叶顶气动特性进行了仿真分析。结果表明:在凹槽叶顶吸力面侧布置挡板能显著增大叶顶的气膜冷却有效度,并且随着吹风比的增大冷却有效度也有所提升。增大挡板的宽度会使得挡板下气膜孔两侧出现漩涡,该漩涡效应能够有效提升叶顶的冷却有效度;挡板角度会影响冷气冲击挡板下底面后的流向,当挡板角度为锐角时,挡板底部压力面侧会形成漩涡,使得冷气流向凹槽底部,从而提高叶顶的冷却有效度,而当挡板角度增大到钝角后,挡板上顶面与吸力面的夹角会出现漩涡,挡板对冷气的阻挡作用减弱,冷却有效度下降;挡板的高度对叶顶冷却性能无显著影响。此外,挡板结构能略微降低总压损失,减小气动损失,最大下降幅度为10.20%。该研究可为燃气透平改进叶顶结构、提高气膜冷却和气动性能提供一定的参考。 展开更多
关键词 吹风比 挡板 气膜冷却 气动特性 凹槽叶顶
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倾斜压力侧肩壁对涡轮凹槽叶顶气热性能影响
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作者 陶志 郭嘉杰 +2 位作者 靳建祥 宋立明 李军 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第6期1-11,共11页
为了以较小几何改动代价提升凹槽叶顶气热性能,文中提出了一种基于非均匀偏置的凹槽叶顶压力侧肩壁倾斜造型方法。以GE-E3第1级动叶凹槽叶顶为对象,提出了外倾、内倾压力侧肩壁两类设计方案,通过改变倾斜幅度、肩壁厚度构造了8种典型肩... 为了以较小几何改动代价提升凹槽叶顶气热性能,文中提出了一种基于非均匀偏置的凹槽叶顶压力侧肩壁倾斜造型方法。以GE-E3第1级动叶凹槽叶顶为对象,提出了外倾、内倾压力侧肩壁两类设计方案,通过改变倾斜幅度、肩壁厚度构造了8种典型肩壁构型,在涡轮级环境下研究了对叶顶气动与换热特性的影响。首先,根据平面叶栅实验数据以及网格无关性核算验证了数值方法的可靠性。其次,通过求解CFD模型对比了外倾、内倾肩壁构型在叶顶流线、涡系结构上的差异。然后根据流场结构分析了倾斜肩壁对气热性能的影响机理。最后通过总压损失、气动效率、换热系数对叶顶气热性能影响进行了量化。研究结果表明:外倾肩壁造型减小了叶顶区域的泄漏流量,降低了叶栅总压损失,提升了涡轮级效率,且提升幅度正比于外倾角度,当外倾角度达到30°时效率增幅为0.15%,但叶顶平均换热系数提升了0.58%;外倾肩壁增加厚度后在保证了气动性能提升的前提下,降低了凹槽底面的换热系数11.06%;内倾肩壁造型导致了泄漏流量大幅增加,涡轮级效率最大下降了0.29%,叶顶整体换热系数下降了3.83%;内倾肩壁增加厚度后抑制了泄漏流量的进一步增加,凹槽底面换`热系数显著降低,达到了12.81%。 展开更多
关键词 涡轮转子 凹槽叶顶 叶顶造型 气动 换热
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考虑椭圆孔组合偏转的冷却布局多维高效优化
10
作者 郭嘉杰 陶志 +1 位作者 宋立明 李军 《航空学报》 北大核心 2025年第16期15-33,共19页
为深入挖掘考虑椭圆孔组合偏转的多变量设计空间,进一步提升凹槽叶顶的气热性能,采用稳态RANS数值模拟方法开展了凹槽叶顶的冷却布局优化研究,探究了优化结构的流场变化与性能提升机理。更为重要的是,为加速工程算例的优化速率,根据传... 为深入挖掘考虑椭圆孔组合偏转的多变量设计空间,进一步提升凹槽叶顶的气热性能,采用稳态RANS数值模拟方法开展了凹槽叶顶的冷却布局优化研究,探究了优化结构的流场变化与性能提升机理。更为重要的是,为加速工程算例的优化速率,根据传统进化类算法框架,结合前沿优化算子,发展了适用于高维工程问题、快速收敛的优化算法并进行了函数测试,随后按单目标、双目标的次序开展了优化工作。优化结构降低了冷却孔布置间隔,采用大角度的正轴向偏转角提升了气膜贴壁性能,并且平衡了气膜覆盖与冷却孔朝向的耦合关系。结果显示,优化结构的气膜冷却效率相较于参考结构提升了79.9%,同时级效率上升了0.054%。 展开更多
关键词 涡轮 凹槽叶顶 气膜冷却 椭圆孔 多目标优化
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低雷诺数下涡轮叶顶凹槽泄漏流动特性的数值研究
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作者 彭昊 沈斌 +1 位作者 戴韧 陈榴 《动力工程学报》 北大核心 2025年第9期1379-1386,1411,共9页
减少叶顶泄漏损失对于提高低雷诺数涡轮气动性能至关重要。通过数值模拟方法,对比了平顶叶尖结构,分析了雷诺数Re在3.5×10^(4)~35×10^(4)范围内凹槽叶尖间隙内的流动特性。结果表明:当叶栅与机匣存在相对运动时,叶顶泄漏损失... 减少叶顶泄漏损失对于提高低雷诺数涡轮气动性能至关重要。通过数值模拟方法,对比了平顶叶尖结构,分析了雷诺数Re在3.5×10^(4)~35×10^(4)范围内凹槽叶尖间隙内的流动特性。结果表明:当叶栅与机匣存在相对运动时,叶顶泄漏损失在总损失中的占比与雷诺数有关,泄漏损失随着雷诺数的增大而增大;在常规低雷诺数范围内,还存在一个第二临界雷诺数Re_(cr,2)=6×10^(4),当Re<Re_(cr,2)时,叶顶凹槽不仅无法减少泄漏质量流量,反而会加剧泄漏流与主流的掺混,增大叶顶流场处的流动损失;当Re>Re_(cr,2)时,凹槽结构能够有效抑制泄漏质量流量,提升涡轮级效率,在本文计算工况中,效率最大提升幅度可达0.28百分点。 展开更多
关键词 透平级 低雷诺数 剪切层 间隙流动 凹槽结构
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气膜孔分布对凹槽叶顶传热和冷却性能的影响 被引量:16
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作者 黄琰 晏鑫 +1 位作者 何坤 李军 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期101-107,共7页
采用数值求解RANS方程的方法研究了典型燃气透平动叶凹槽叶顶的传热和气膜冷却性能,通过计算获得了3种叶顶间隙(1.31mm、1.97mm和3.29mm)、2种吹风比(1和2)、2种气膜孔分布(中弧线位置单排孔、中弧线+近压力面位置两排孔)条件下叶顶传... 采用数值求解RANS方程的方法研究了典型燃气透平动叶凹槽叶顶的传热和气膜冷却性能,通过计算获得了3种叶顶间隙(1.31mm、1.97mm和3.29mm)、2种吹风比(1和2)、2种气膜孔分布(中弧线位置单排孔、中弧线+近压力面位置两排孔)条件下叶顶传热系数和气膜冷却有效度分布,并与实验结果进行了对比。结果表明:对于中弧线位置的单排气膜孔,冷却流可以对凹槽底部近压力面侧形成有效的冷却;随着吹风比的增大,凹槽底部靠近前缘吸力面侧的高传热系数区域减小,凹槽底部压力面侧的传热系数减小且气膜冷却有效度显著增大;随着叶顶间隙的增大,凹槽底部前缘吸力面侧的高传热系数区向压力面侧扩大,凹槽底部平均传热系数明显增大,凹槽底部近压力面侧和尾缘处的气膜冷却有效度减小。对于中弧线+近压力面两排气膜孔,近压力面气膜孔内的冷却流覆盖了凹槽肩壁和叶顶尾缘区域,且强化了凹槽底部靠近压力面侧的冷却性能;随着吹风比的增大,凹槽底部近压力面侧、肩壁和叶顶尾缘区域的传热系数明显减小,气膜冷却有效度明显增大;随着叶顶间隙的增大,凹槽底部吸力面侧高传热系数区域向压力面侧扩大,凹槽底部近压力面侧、肩壁和叶顶尾缘区域的传热系数显著增大,气膜冷却有效度减小。 展开更多
关键词 燃气透平 凹槽叶顶 叶顶传热 气膜冷却
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凹槽状动叶顶部非定常气膜冷却性能的研究 被引量:10
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作者 李军 王金山 +1 位作者 蒋勇 丰镇平 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期5-9,25,共6页
采用数值求解三维(RANS)方程的方法,开展了燃气透平级在动静叶干涉下凹槽状动叶顶部定常和非定常气膜冷却性能的研究.定常计算结果表明:吹风比为1.0时的动叶顶部气膜冷却有效度优于吹风比为0.5和1.5的情况.在吹风比为1.5时,气膜冷却气... 采用数值求解三维(RANS)方程的方法,开展了燃气透平级在动静叶干涉下凹槽状动叶顶部定常和非定常气膜冷却性能的研究.定常计算结果表明:吹风比为1.0时的动叶顶部气膜冷却有效度优于吹风比为0.5和1.5的情况.在吹风比为1.5时,气膜冷却气流脱离槽底壁面并导致气膜冷却有效度降低.非定常计算结果表明:在动静干涉下凹槽状动叶顶部内流动和气膜冷却有效度具有高度的非定常特征;上游静叶尾迹和通道涡周期性地与动叶顶部间隙泄漏流相互作用,使得动叶顶部凹槽底部分离线发生变化,冷却气流覆盖槽底壁面的位置和面积也发生相应的改变,进而导致槽底和槽侧面的气膜冷却有效度发生变化;定常计算得到的凹槽底部气膜冷却有效度的预测值大于非定常计算的时均结果. 展开更多
关键词 燃气透平 非定常流动 凹槽叶顶 气膜冷却
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凹槽状叶顶涡轮叶片传热特性的数值研究 被引量:23
14
作者 杜昆 宋立明 李军 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期618-623,共6页
采用计算流体动力学软件ANSYS-CFX数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω紊流模型研究了涡轮叶片凹槽状叶顶的传热特性。数值预测的平顶部叶顶的换热系数分布与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。计算... 采用计算流体动力学软件ANSYS-CFX数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和标准k-ω紊流模型研究了涡轮叶片凹槽状叶顶的传热特性。数值预测的平顶部叶顶的换热系数分布与实验数据吻合良好,验证了数值方法的可靠性。计算分析了凹槽深度和肩壁厚度对凹槽状叶顶传热特性的影响,还分析了动叶与机匣相对运动下的凹槽状叶顶无气膜冷却和中弧线布置气膜冷却时的流动换热特性。研究结果表明:在肩壁厚度一定时随着凹槽深度的增加叶顶换热系数降低;在1%叶高的叶顶间隙和2%叶高的凹槽深度及4种肩壁条件下1.0mm肩壁厚度时叶顶换热系数最小。相比于动叶与机匣均静止时,动叶和机匣之间的相对运动能够增强动叶顶部的换热效果;动叶与机匣间的相对运动能够增强前缘处气膜冷却效果,总体来说动叶旋转时的离心力和哥氏力对凹槽状叶顶的气膜冷却效果影响有限。 展开更多
关键词 涡轮叶片 凹槽状叶顶 气膜冷却 传热 数值模拟
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压力面侧小翼结构对凹槽叶顶冷却传热性能的影响 被引量:7
15
作者 黄琰 晏鑫 +2 位作者 何坤 李军 丰镇平 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期51-56,共6页
采用数值计算方法对带压力侧小翼凹槽叶顶附近的流动、传热和冷却特性进行了研究,计算获得了无气膜孔、单排气膜孔和双排气膜孔3种孔分布条件下叶顶区域的流场结构、传热系数和气膜冷却有效度,并与常规凹槽叶顶和无压力侧肩壁凹槽叶顶... 采用数值计算方法对带压力侧小翼凹槽叶顶附近的流动、传热和冷却特性进行了研究,计算获得了无气膜孔、单排气膜孔和双排气膜孔3种孔分布条件下叶顶区域的流场结构、传热系数和气膜冷却有效度,并与常规凹槽叶顶和无压力侧肩壁凹槽叶顶的冷却传热性能进行了比较。结果表明:与常规和无压力侧肩壁凹槽叶顶相比,带压力侧小翼凹槽叶顶具有更优的气动、传热和冷却性能;带压力侧小翼凹槽叶顶的总压损失与无压力侧肩壁凹槽叶顶的相近,比常规凹槽叶顶的低约10%;在3种孔分布条件下,带压力侧小翼凹槽叶顶的平均传热系数均最小,平均气膜冷却有效度最大。气膜孔分布影响了带压力侧小翼凹槽叶顶冷却流的作用范围,带压力侧小翼凹槽叶顶中弧线处的冷却流覆盖了凹槽底部吸力面侧区域,小翼处的冷却流能较好地冷却小翼和凹槽底部压力面侧区域。该结果可为增强凹槽叶顶的冷却传热性能提供参考。 展开更多
关键词 小翼 凹槽叶顶 传热 气膜冷却 总压损失
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叶顶凹槽形态对动叶气动性能的影响 被引量:36
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作者 高杰 郑群 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期218-226,共9页
应用数值方法联合标准k-ω两方程湍流模型求解雷诺平均Navier-Stokes方程组,研究了GE-E3发动机第1级动叶片顶部凹槽、凹槽内布置流向肋条以及凹槽内布置横向肋条3种不同的涡轮叶顶结构对动叶顶部泄漏流动以及动叶气动性能的影响。首先... 应用数值方法联合标准k-ω两方程湍流模型求解雷诺平均Navier-Stokes方程组,研究了GE-E3发动机第1级动叶片顶部凹槽、凹槽内布置流向肋条以及凹槽内布置横向肋条3种不同的涡轮叶顶结构对动叶顶部泄漏流动以及动叶气动性能的影响。首先详细分析了不同叶顶结构间隙内泄漏流场以及损失分布,接着研究了不同间隙下不同叶顶结构对动叶总体性能的影响,最后对凹槽内布置横向肋条叶顶结构的变工况特性也进行了分析。数值研究结果表明:叶顶凹槽内布置肋条增加了间隙泄漏流动阻力,减小了间隙泄漏流量,其中,凹槽内布置正对着泄漏流方向的横向肋条显著降低了叶顶间隙泄漏流量,从而获得最好的气动性能,尤其在大间隙时更为明显;凹槽内布置横向肋条也具有较好的变工况性能;适当的叶顶结构可以在不影响转子叶片做功能力的前提下使得泄漏流利用凹槽和肋条的侧壁向叶片额外输出有用功。 展开更多
关键词 涡轮 凹槽 间隙高度 叶顶泄漏流 肋条 攻角
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涡轮转子凹槽叶尖泄漏流动气动热力特征 被引量:11
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作者 邹正平 姚李超 +3 位作者 轩笠铭 邵飞 黄霖 贺晓娟 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1975-1987,共13页
为探索总结凹槽叶尖泄漏流动气动热力特征,利用实验和数值模拟方法,对叶尖凹槽内部旋涡相互作用机理和叶顶流动换热与泄漏流能量再分布等问题进行研究,并对凹槽叶尖参数化设计方法进行探讨。结果表明:搭建的考虑多因素实验台和可视化泄... 为探索总结凹槽叶尖泄漏流动气动热力特征,利用实验和数值模拟方法,对叶尖凹槽内部旋涡相互作用机理和叶顶流动换热与泄漏流能量再分布等问题进行研究,并对凹槽叶尖参数化设计方法进行探讨。结果表明:搭建的考虑多因素实验台和可视化泄漏流动测量方案可以精确地捕捉到叶顶区域的流动结构;刮削涡在凹槽中起到"气动篦齿"作用,其形态特征的变化直接影响凹槽叶尖对泄漏流动的控制效果;高温泄漏流流体对叶片表面的冲击是叶尖热负荷提高的主要原因;合理选择叶尖气动参数和凹槽的几何参数可以有效控制刮削涡形态,最终提升叶尖气动热力性能。 展开更多
关键词 涡轮 凹槽叶尖 泄漏流动 旋涡结构 流动换热 精细化组织
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开口双肋凹槽式涡轮叶顶间隙流动数值研究 被引量:7
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作者 崔涛 汪帅 +4 位作者 张伟 温风波 王松涛 周逊 王仲奇 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期815-827,共13页
为研究改进的双肋凹槽叶顶结构对大折转角动叶间隙泄漏流动的影响,利用数值模拟的手段,对五种不同叶顶结构在低马赫数为0.3条件下的泄漏损失以及流动特性进行详细的研究分析。数值计算与实验测量结果进行对比校核以保证数值计算的可靠... 为研究改进的双肋凹槽叶顶结构对大折转角动叶间隙泄漏流动的影响,利用数值模拟的手段,对五种不同叶顶结构在低马赫数为0.3条件下的泄漏损失以及流动特性进行详细的研究分析。数值计算与实验测量结果进行对比校核以保证数值计算的可靠性。研究结果表明,改进的前尾缘开口的凹槽式叶顶结构使得叶栅总压损失降低7.4%,与前缘不开口的方案相比,间隙泄漏损失变化率降低23%,这对涡轮长期运行维持高效的性能有利。改进的叶顶结构对间隙内的流量分布影响明显,压力侧的泄漏流量减少26.7%,而吸力侧增加13.3%。前缘开口形式结构使得压力侧泄漏的驱动压差降低50%,并改变吸力侧泄漏流的流量系数,同样出口气流角展向分布和叶栅流道中的泄漏涡和通道涡均受到明显影响。 展开更多
关键词 双肋 开口前缘 间隙泄漏 涡轮 数值研究 驱动压差 流量系数
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深凹槽式涡轮叶顶间隙泄漏直列叶栅实验研究 被引量:5
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作者 崔涛 陈绍文 +3 位作者 周治华 王晋声 王松涛 王仲奇 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期1902-1906,共5页
在低速风洞实验台,对具有不同深凹槽结构平面叶栅在不同间隙尺度条件下的流动特性进行了实验研究。实验采用五孔气动探针和高灵敏度及高精度的压力扫描阀测量了叶栅出口截面的气动参数,对比分析了总压损失的展向分布,并在叶栅端壁和叶... 在低速风洞实验台,对具有不同深凹槽结构平面叶栅在不同间隙尺度条件下的流动特性进行了实验研究。实验采用五孔气动探针和高灵敏度及高精度的压力扫描阀测量了叶栅出口截面的气动参数,对比分析了总压损失的展向分布,并在叶栅端壁和叶片表面进行墨迹显示。结果表明,深凹槽式叶顶结构应用于本文研究的叶栅上是可行的。深凹槽尾缘开口有利于降低叶顶间隙泄漏损失,凹槽前缘开口对前缘附近局部流动产生一定影响。对整个流动通道涡生成影响不如泄漏流作用强,并且尾缘开口与前缘开口开度的匹配对叶顶间隙泄漏损失有明显的影响。 展开更多
关键词 深凹槽 间隙间隙流动 涡轮 实验研究
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凹槽对动叶顶部流动和换热的影响 被引量:21
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作者 杨佃亮 丰镇平 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期936-938,共3页
应用数值方法和标准k-ω紊流模型,研究了凹槽对燃气轮机透平动叶顶部间隙内流动与换热的影响,考虑了平顶部及4种不同深度凹槽的影响。结果显示,在凹槽内存在复杂的流动结构,不同凹槽深度时呈现出不同的涡结构.在凹槽深度小于3%相对叶高... 应用数值方法和标准k-ω紊流模型,研究了凹槽对燃气轮机透平动叶顶部间隙内流动与换热的影响,考虑了平顶部及4种不同深度凹槽的影响。结果显示,在凹槽内存在复杂的流动结构,不同凹槽深度时呈现出不同的涡结构.在凹槽深度小于3%相对叶高时,泄漏流动随凹槽深度的增加而减少,而高于3%时泄漏流量则几乎不变。凹槽的存在使得凹槽底部局部区域换热率较平顶部时升高,但总体来说,叶顶平均表面换热率随凹槽深度的增加而降低. 展开更多
关键词 间隙流 顶部换热 轴流透平 凹槽状叶顶
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